3D-Slicer軟件在鞍旁腦膜瘤手術規劃中的運用

宋旭東，羅波，劉毅，范潤金，王瀟婭

鞍旁腦膜瘤是指腫瘤基底位于鞍旁的腦膜瘤，常見的有鞍結節、海綿竇、前床突、蝶骨嵴內1/3等部位的腦膜瘤[1]。由于鞍旁區域解剖結構復雜且重要，瘤體又常常與前床突、頸內動脈、海綿竇、動眼神經及視神經等關系密切，甚至粘連緊密[2]，使其手術難度大、復雜程度高，手術對患者造成神經血管損傷的幾率也較顯著增加[3]。本研究回顧性分析2018年1月—2022年1月期間南充市中心醫院神經外科收治的16例鞍旁腦膜瘤手術患者的臨床資料，基于影像學利用3D-Slicer軟件進行多模態融合及三維(3D)模型重建，實現個體化入路設計，輔助神經血管保護，指導鞍旁腦膜瘤手術。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 共16例患者，其中男9例，女7例；年齡22～64歲，平均(48.60±9.94)歲；瘤體最大直徑為2.4～5.2 cm，平均(3.35±0.8)cm。納入標準：(1)頭部CT及MRI平掃+增強證實為鞍旁占位，且為單發腫瘤，直徑>2 cm；(2)經手術、病理證實為腦膜瘤；(3)臨床和病理資料完整。排除標準：(1)多發占位；(2)合并有重要器官功能障礙等手術禁忌。本研究經南充市中心醫院醫學倫理委員會批準[2022年審(025)號]，所有患者或家屬均簽署知情同意書。

1.2 影像學方法及表現 患者均進行頭部CT平掃+CTA及MRI平掃+增強診斷檢查(雙源CT、西門子1.5 T MRI)。頭部CT平掃層厚5 mm，CTA數據層厚0.5 mm，顱骨數據層厚2 mm，MRI數據層厚5 mm。通過醫院影像歸檔通訊系統(picture archiving and communication systems，PACS)獲取患者全部原始DICOM格式影像數據。頭部CT掃描檢查表顯示，鞍旁圓形或卵圓形實性腫塊，腫瘤實體常與正常腦組織有明顯邊界，部分瘤體有侵及相鄰的顱骨。頭部MRI掃描檢查示，T1加權像呈低信號或等信號，與腦灰質信號相似；T2加權像呈等信號或稍高信號，與腦實質信號相似；MRI增強掃描呈均勻強化，且有明顯“腦膜尾征”[4]。其中腫瘤實體位于蝶骨嵴內1/3者8例、鞍結節者3例、前床突者4例、海綿竇者1例；腫瘤侵及包繞頸內動脈及其分支10例，侵及視神經4例，侵及動眼神經4例，侵及三叉神經1例。

1.3 3D-Slicer重建 本研究病例均使用3D-Slicer軟件(3D-Slicer 4.11.2)進行重建。將CT及CTA、MRI平掃+增強影像資料以DICOM格式導入。使用General Registration(Elastix)模塊將CT、MRI數據進行融合、匹配，運用Transforms 模塊進行匹配后的固定。顱骨由CT數據重建，血管由CTA數據重建，腫瘤及神經由MRI數據重建。運行Segment Editor模塊、Model模塊、Volume clip with model 模塊，完成顱骨、血管、神經及腫瘤的模型3D重建并保存，并將模型導出為VTK、STL格式備用。對3D模型進行旋轉、剪輯，從不同角度、不同層面觀察腫瘤與周圍重要結構的關系。運行Ruler模塊對通過感興趣區域進行直線、曲線及面積等測量，綜合考慮并進行入路設計、模擬手術。

1.4 手術方法 所有病例采用開顱顯微鏡下腫瘤切除，取仰臥位頭稍偏對側并頭架固定。(1)按3D-Slicer軟件設計的入路及骨窗開顱；(2)評估傳統的翼點或擴大翼點入路對腫瘤顯露困難時，可離斷顴弓以及切開眶頂和眶緣骨質增加暴露；(3)腫瘤侵犯前床突及視神經管內時，磨開前床突至眶上裂之間的視神經管處理視神經管的腫瘤，行視神經管減壓；(4)腫瘤侵犯頸內動脈、視神經、動眼神經、三叉神經等重要結構時，應盡量使殘留腫瘤的體積減少。

2 結 果

2.1 手術情況 本組16例患者均術前順利完成虛擬模型重建，重建的3D模型均正確顯示了腫瘤的大小、位置以及周圍重要結構的空間關系，且與術中所見吻合度高；成功進行手術入路模擬和規劃，均按照規劃入路手術，骨窗大小及腫瘤暴露滿意。術后24 h內復查頭部CT平掃及MRI平掃+增強提示，Simpson Ⅰ級切除7例，Simpson Ⅱ級切除5例，Simpson Ⅲ級切除2例，Simpson Ⅳ級2例；手術區域無明顯出血。所有患者術中無血管神經損傷，均達到較好的神經血管保護；部分患者術后神經功能癥狀好轉，全組無手術死亡病例。

2.2 典型病例 患者男，49歲，以“頭痛2年，加重伴右眼視力下降5個月”于2021年5月入院。查體示，右眼視力下降和眼球運動功能障礙；右側瞳孔擴大直徑約3.5 mm，對光反射消失。入院后行頭部CT平掃、CTA、MRI平掃+增強等檢查。頭部MRI平掃+增強檢查示，鞍旁占位病變，壓迫、包繞床突上段的頸內動脈，腫瘤明顯強化，可見典型的腦膜尾征(圖1)。將影像學資料導入3D-Slicer軟件，進行融合配準，調節閾值可在骨窗像上觀察MRI圖像上腫瘤的位置。重建顱骨、腫瘤，同時對腫瘤區域的重要神經血管重建，多角度、多層次觀察腫瘤與周圍重要結構的關系(圖2)；同時測量腫瘤大小、體積以及其與神經血管的距離，旋轉3D模型到最佳手術體位，設計入路及骨瓣。綜合考慮采用翼點入路+離斷顴弓增加中顱底暴露+磨除前床突至眶上裂的視神經管頂壁和外側壁，行神經管內的腫瘤切除及視神經管減壓(圖3)。骨窗大小及腫瘤暴露滿意，腫瘤的大小、位置以及周圍重要結構的空間關系與術中所見吻合度較高；通過導航驗證腫瘤切除范圍，術后 24 h 內復查頭部MRI示，腫瘤達Simpson Ⅱ 級切除(圖 4)。術后病理報告顯示腦膜瘤(WHO Ⅰ 級)。

A、B、C分別為軟件自動分析生成的水平位、冠狀位和矢狀位MRI T1增強影像，示鞍旁占位明顯強化，可見典型的腦膜尾征(箭頭所指)

A：神經血管及腫瘤模型(1：腫瘤，2：大腦中動脈，3：頸內動脈，4：大腦后動脈，5：大腦前動脈，6：視神經，7：動眼神經，8：三叉神經)； B：神經血管及顱骨模型； C：神經血管、腫瘤及顱骨模型

A：入路及骨瓣設計(1：離斷顴弓范圍，2：翼點入路骨瓣，3：磨出前床突及神經管減壓范圍)； B：由上及下地觀察骨瓣與腫瘤、神經血管的空間關系； C：模擬手術視角觀察去除骨瓣后的暴露情況

A：術中見腫瘤與右側大腦中動脈的空間關系與術前重建模型高度吻合(箭頭所指)； B、C：分別為術后復查的水平位、冠狀位MRI T1增強影像

3 討 論

鞍旁腦膜瘤手術入路包括翼點入路、單側額下入路、鎖孔入路、鼻內窺鏡入路等；當腫瘤較大時，鎖孔及鼻內窺鏡入路很難達到手術全切的目的[5]。瘤體明顯偏向一側時，如蝶骨嵴內1/3、前床突、海綿竇腦膜瘤，翼點入路優勢尤為明顯[6]。瘤體位于視神經內側和視交叉下方時，如鞍結節腦膜瘤，傳統翼點入路顯露則很困難，而額下入路暴露充分；然而額下入路手術創傷較大、對腦組織牽拉明顯[7-8]。因此鞍旁腦膜瘤更多的是采用翼點或擴大翼點入路，必要時離斷顴弓、切開眶頂和眶緣骨質增加暴露[9]；雖同為翼點入路但對腫瘤的暴露不盡相同。故術前應根據腫瘤的位置個體化選擇入路、設計骨瓣，以達到最大化的腫瘤暴露及神經血管保護，并在最大程度地減少手術創傷的同時盡可能全切除腫瘤。

鞍旁區域存在重要的神經血管且解剖結構復雜，該區域手術時進行充分術前評估尤為必要，是因為早期明確阻斷腫瘤血供，可以利用各神經間隙分塊或完整切除腫瘤；早期明確神經血管空間位置，可以提前規劃保護視神經和視交叉、動眼神經及三叉神經等結構[10]；早期明確頸內動脈及分支血管的空間位置是減少頸內動脈誤傷的重要步驟，也是全切腫瘤的基礎[11]。因此鞍旁腦膜瘤術前進行3D模型重建，清晰直觀了解腫瘤與周圍重要結構的空間關系，勢必可以提高手術的安全性及手術效率。

目前鞍旁腦膜瘤的手術規劃主要是由神經外科醫生將術前CT、CTA、MRI檢查的二維(2D)圖像與以往臨床經驗聯系起來完成，即使用一些重建軟件也很難將不同模態的重建結果放置于同一空間進行觀察。3D-Slicer軟件是一款免費的開源圖像分析處理平臺[12]，具有多模態融合及重建功能，且操作相對簡單，國內臨床已廣泛應用[13-14]。3D-Slicer軟件可將多模態影像進行成功配準后，利用現有的CT、CTA、MRI的DICOM數據，完成顱骨、血管、神經及腫瘤等模型重建，采用不同的顏色進行結構標記，使各部分結構更加直觀展示；并將其置于同一空間進行觀察，同時對感興趣區域進行距離、體積等相關測量[15]。本研究的典型病例中，通過對多模態3D模型從不同角度、不同層面觀察得知，腫瘤包繞右側床突段頸內動脈，右側大腦中動脈走行于腫瘤表面，腫瘤壓迫右側大腦前動脈使其不顯影；部分瘤體位于視神經管內，同時對視神經及動眼神經有壓迫效應(圖2)，并且與術中所見的真實解剖結構高度吻合。經綜合分析考慮，該患者最適合采用顴弓-翼點入路+磨除前床突至眶上裂段的視神經管頂壁及外側壁行視神經管減壓[16](圖3)。

除此之外該軟件的運用還具有以下優點：(1)術后結合模型回看手術錄像，進一步評估手術操作中的不足；(2)可將模型導出為STL格式，進行3D打印[17-18]或導入到移動設備中隨時隨地進行3D展示，能用于醫療團隊之間手術模擬、討論、醫患交流溝通等；(3)經該軟件重建的虛擬3D模型可用于虛擬現實(virtual reality，VR)中，如創造了一個虛擬環境，模擬手術訓練，完成醫學教學等[19]。但也具有以下缺點：(1)多模態3D重建需要收集高質量的影像學資料，掃描時需與放射科醫師加強溝通協作[20]；(2)該軟件需要一定的學習周期和建模時間，會進一步加大臨床工作量；(3)其輔助術前規劃，能否縮短整體手術時間、減少神經血管損傷事件、提高腫瘤切除率等，還需進一步擴大樣本量進行統計學驗證。

綜上所述，3D-Slicer軟件可為鞍旁腦膜瘤手術提供多模態可視化的3D解剖信息，一方面可以指導完成個體化的入路設計；另一方面可以充分展示腫瘤與神經血管的空間關系，且與術中真實所見高度吻合，在一定程度上可以減少術中因組織結構識別有誤而造成的不必要損傷。同時還可結合3D打印及VR用于模擬訓練、醫學教學、醫療討論、醫患溝通等。故該軟件具有重要使用價值，值得推廣。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。